Разложили по косточкам: в ТГУ разработали композиционное покрытие для костных имплантатов

В лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов Томского государственного университета (ТГУ) разработали композиционное покрытие, которое повышает долговечность и биосовместимость костных имплантов.

В лаборатории разрабатывают сплавы с эффектом памяти формы и сверхэластичностью. К таким материалам относится никелид титана. Его полезные свойства позволяют костному импланту «синхронизироваться» со всеми протекающими в организме процессами.

«Например, расстояние между ребрами при дыхании меняется, что приводит к их деформации в среднем на 8 %, — ​рассказывает инженер-исследователь и аспирант физфака ТГУ Кирилл Дубовиков. — ​Так как нагрузка в организме постоянна и циклична, непластичные материалы, которые традиционно используют для производства имплантов, могут уставать и вследствие этого разрушаться. Риск необходимости повторной имплантации увеличивается».

Пластичный никелид титана выступает прочной основой для импланта, а для улучшения приживаемости используется особое композиционное покрытие. На никелид титана при помощи магнетронного распыления поочередно наносятся титан, никель и титан, потом отжиг в азоте, чтобы сформировать градиентное покрытие, защищающее от коррозии. После этого на имплант плазменно-ассистированным высокочастотным распылением наносится финальный слой из гидроксиапатита (биоматериал из кальция и фосфора), обеспечивающий повышенную приживаемость.

«Самым сложным этапом нашей работы стал подбор оптимальных режимов нанесения покрытий, так как при увеличении или уменьшении хотя бы одного параметра свойства коррозионно-стойкого покрытия сильно изменялись, — ​отмечает Кирилл Дубовиков. — ​Нам пришлось провести масштабное исследование, чтобы в полной мере оценить каждый вариант и его влияние на результат».

Гидроксиапатит — ​минеральная неорганическая основа костей и зубов. В отличие от натурального гидроксиапатита, его синтезированный аналог постепенно разлагается в организме. Однако в ТГУ утверждают, что волноваться не стоит: этот процесс протекает настолько медленно, что в рамках человеческой жизни изменения будут едва заметны.

СЛОВАРЬ

Магнетронное распыление — ​технология нанесения пленок на подложку в условиях активного магнитного поля.

Высокочастотное распыление — ​технология нанесения без воздействия магнитного поля. Напыление происходит не непрерывно, а дискретно, с определенной частотой. Например, диэлектрик гидроксиапатит невозможно нанести в магнитном поле.